TWI908993B - 編碼孔徑成像系統及方法及包含其的電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種用於物體成像的光學系統包括：一空間編碼裝置，用於產生具有一初始空間分佈的空間編碼光；一編碼孔徑，其界定一遮罩圖案，該遮罩圖案以該空間編碼光的該初始空間分佈為基礎；以及一影像感測器。該光學系統係構造成在使用中該空間編碼裝置將該空間編碼光引導至該物體上，使得該物體反射該空間編碼光的至少一部分，以形成反射光，該反射光被引導穿過該編碼孔徑，以形成空間解碼光，該空間解碼光被引導至該影像感測器上，以便在其上形成一影像，以及該影像感測器偵測該影像。與使用習知技藝的編碼孔徑成像系統來實施之習知技藝的編碼孔徑成像技術相比，該光學系統可用於以這樣的方式來使該物體成像：消除或至少降低根據由該影像感測器偵測的光重建該物體的影像所需之影像處理的複雜度。

Description

編碼孔徑成像系統及方法及包含其的電子裝置

本發明係有關於一種編碼孔徑成像系統及方法，其特別是但不排它地用於諸如行動及/或可穿戴電子裝置的電子裝置中。

已知編碼孔徑成像系統及方法，其依賴於傳輸來自物體的環境光穿過編碼孔徑，以形成空間編碼光；偵測在影像感測器上之空間編碼光的空間分佈；以及使用計算技術，從偵測之空間編碼光的空間分佈重建物體的影像。雖然這樣的編碼孔徑成像系統及方法是無透鏡的，但是它們通常是計算密集型的，以致於物體的影像重建對於某些技術應用可能會導致不可接受的時間延遲及/或對於某些技術應用可能會導致過高的功率消耗。

已知其它編碼孔徑成像方法，其包括傳輸來自光源的光穿過編碼孔徑，以形成空間編碼光；使用空間編碼光照射至少部分透明的物體；偵測穿過物體傳輸之空間編碼光的至少一部分；以及使用計算技術，從偵測的空間編碼光重建物體的影像。雖然這樣的編碼孔徑成像系統及方法是無透鏡的，但是它們通常也是計算密集型的，以致於物體的影像重建對於某些技術應用可能會導致不可接受的時間延遲及/或對於某些技術應用可能會導致過高的的功率消耗。

依據本發明的一個態樣，提供一種用於物體成像的光學系統，該光學系統包括： 一空間編碼裝置，用於產生具有一初始空間分佈的空間編碼光； 一編碼孔徑，其界定一遮罩圖案，該遮罩圖案以該空間編碼光的該初始空間分佈為基礎；以及 一影像感測器， 該光學系統係構造成在使用中該空間編碼裝置將該空間編碼光引導至該物體上，使得該物體反射該空間編碼光的至少一部分，以形成反射光，該反射光被引導穿過該編碼孔徑，以形成空間解碼光，該空間解碼光被引導至該影像感測器上，以便在其上形成一影像，以及該影像感測器偵測該影像。

與依賴計算技術根據從物體接收之空間編碼光重建物體的影像之習知技藝的編碼孔徑成像系統相比，這樣的光學系統依賴產生具有一初始空間分佈的空間編碼光；從該物體反射該空間編碼光；以及傳輸反射的該空間編碼光穿過一編碼孔徑，該編碼孔徑界定一遮罩圖案，該遮罩圖案以該空間編碼光的初始空間分佈為基礎。該編碼孔徑對該空間編碼光進行解碼，以形成空間解碼光，該空間解碼光在該影像感測器上形成一影像，該影像與使用習知技藝的編碼孔徑成像系統形成之物體的影像相比更近似於該物體。因此，與使用習知技藝的編碼孔徑成像系統執行之習知技藝的編碼孔徑成像技術相比，這樣的光學系統可以消除或至少減少該物體的影像重建所需之影像處理的複雜度。於是，相對於習知技藝的編碼孔徑成像系統，這樣的光學系統可以消除或至少減少與成像相關的計算負擔，從而相對於習知技藝的編碼孔徑成像系統，減少成像時間/提高響應度及/或降低成像的能量消耗。

這樣的光學系統可特別適用於處理資源的可用性及能量儲備量可受到限制的行動電子裝置。

與依賴傳輸光穿過待成像的物體之一些習知技藝的編碼孔徑成像系統不同，這樣的光學系統可以用於使用從一物體反射的光對該物體進行成像，使得該物體無需傳輸空間編碼光來產生該物體的影像。

由該影像感測器偵測的影像可為該物體的影像。

由該影像感測器偵測的影像可為該物體的清晰或聚焦影像。

由該影像感測器偵測的影像可為該物體的模糊影像。

由該影像感測器偵測的影像可為該物體的縮放影像。

由該影像感測器偵測的影像可小於該物體。

由該影像感測器偵測的影像可以是該物體的一縮放影像與無關於由該編碼孔徑界定之該遮罩圖案的一函數之乘積。

該遮罩圖案係一二元式遮罩圖案。

該編碼孔徑可以包括一起界定該遮罩圖案之複數個不透明區域及複數個透明區域或孔徑。

該編碼孔徑係繞射的。

該編碼孔徑可以包括一相位遮罩。

該遮罩圖案可以構造成該遮罩圖案的自相關等於或類似於一克羅內克德爾塔函數(Kronecker delta function)δ，該克羅內克德爾塔函數δ包括一中心峰或瓣，但不包括次峰或旁瓣，或者該克羅內克德爾塔函數δ包括一中心峰或瓣及一個以上的次峰或旁瓣，該一個以上的次峰或旁瓣的振幅小於該中心峰或瓣的振幅之1/10、小於該中心峰或瓣的振幅之1/100或小於該中心峰或瓣的振幅之1/1000。

該遮罩圖案係一均勻冗餘陣列(URA)遮罩圖案。

該遮罩圖案係一修正均勻冗餘陣列(MURA)遮罩圖案。

該編碼孔徑係可重新構造的。一可重新構造遮罩圖案可以允許在該影像感測器上形成該物體的不同影像，其中每個不同影像對應於該物體的一不同視角。一可重新構造遮罩圖案可以允許調整該遮罩圖案，以最佳化在該影像感測器上形成的該影像。

該編碼孔徑可以由複數個可重新構造元件形成或可以包括該複數個可重新構造元件，其中每個元件可在一透明狀態與一阻擋或吸收狀態之間重新構造。

該編碼孔徑可以由一LCD陣列形成或包括該LCD陣列。

該光學系統可以構造成拒絕或阻擋從該物體反射的環境光。

該光學系統包括位於該影像感測器前面的一濾光片，用於拒絕或阻擋從該物體反射的環境光。

該影像感測器係構造成偵測紅外光。

該影像感測器可以構造成對可見光的靈敏度較低，而對紅外光的靈敏度較高。

該空間編碼光及該空間解碼光皆可以包括紅外光或由紅外光形成，該影像感測器可以構造成偵測紅外光。該光學系統可包括位於該影像感測器前面的一濾光片，用於拒絕或阻擋可見光並用於使紅外光透射。

該濾光片可以包括染料型聚合物材料或由其形成。

該濾光片可以包括銻摻雜氧化錫或由其形成。

該濾光片可以是干涉濾光片。

該空間編碼光可以利用一預定義時域調變來進行時域調變，以致於該空間解碼光亦利用該預定義時域調變來進行時域調變。該影像感測器可以構造成辨別該時域調變空間解碼光與未經時域調變的光及/或利用不同於該預定義時域調變的一時域調變進行時域調變的光。

該空間編碼裝置可以包括一個以上的光發射器。

每個光發射器可以包括一朗伯(Lambertian)光發射器或一非朗伯光發射器。

每個光發射器可以包括一LED。

每個光發射器係構造成發射紅外光。

每個光發射器可以利用一預定義時域調變來進行時域調變，使得該空間解碼光亦可以用該預定義時域調變來進行時域調變。

該空間編碼裝置可以包括單個光發射器。

該空間編碼裝置可以包括複數個光發射器。

該複數個光發射器中之每個光發射器可以獨立於該複數個光發射器中之一個以上的其它光發射器而操作。

該空間編碼裝置可以包括該編碼孔徑，並且該光學系統可以構造成在使用中該以一個以上的光發射器發射穿過該編碼孔徑的光，以形成該空間編碼光，以致於該該空間編碼光的初始空間圖案由該編碼孔徑的遮罩圖案來界定。

該一個以上的光發射器及該影像感測器可以是共面的。

該一個以上的光發射器及該影像感測器可以安裝或形成在同一基板上。

該一個以上的光發射器包括複數個光發射器，其中該複數個光發射器分佈在該影像感測器的整個光敏感區域上。

該空間編碼裝置可以包括界定與該編碼孔徑相同之該遮罩圖案的另一編碼孔徑，以及其中該光學系統係構造成在使用中該一個以上的光發射器發射光穿過該另一編碼孔徑，以形成該空間編碼光，使得該空間編碼光的初始空間圖案由該另一編碼孔徑的遮罩圖案來界定。

該編碼孔徑與該另一編碼孔徑可以設置成彼此相鄰。

該編碼孔徑與該另一編碼孔徑可以是共面的。

該編碼孔徑與該另一編碼孔徑可以不是共面的，其中該編碼孔徑位於該影像感測器的前面，而該另一編碼孔徑位於該一個以上的光發射器的前面，使得該反射光入射在該編碼孔徑的遮罩圖案之一區域上，並且由該一個以上的光發射器發射之光入射在該另一編碼孔徑的同一遮罩圖案之一對應區域上。

該空間編碼裝置可以包括複數個光發射器，其中該複數個光發射器在空間上進行排列，以便界定該空間編碼光的初始空間圖案，以及其中由該編碼孔徑界定的該遮罩圖案係由該複數個光發射器的空間排列所界定之該空間編碼光的初始空間圖案之反圖案。

該複數個光發射器中之每個光發射器可以吸收或阻擋該反射光，使得該複數個光發射器中之每個光發射器可以界定該編碼孔徑的一對應不透明或阻擋區域。

該複數個光發射器中之每個光發射器可以安裝或形成在對由該複數個光發射器發射之光呈透明的一基板上。

該複數個光發射器中之每個光發射器可以與該編碼孔徑的一對應不透明或阻擋區域對齊。

該複數個光發射器中之每個光發射器可以安裝或形成在該編碼孔徑的一對應不透明或阻擋區域上。

該空間編碼裝置可以包括複數個透鏡元件，其中每個透鏡元件在一對應光發射器的前面對齊，以便至少部分地聚焦或準直由該對應光發射器發射的光。

依據本發明的一個態樣，提供一種包括如上所述之光學系統的電子裝置。

該電子裝置可以包括一使用者介面。該一個以上的光學發射器及該影像感測器可以位於該使用者介面的後面，而該物體可以位於該使用者介面的前面。

該編碼孔徑可以被界定在該影像感測器與該使用者介面之間。

該編碼孔徑可以被界定在該使用者介面與該物體之間。

該編碼孔徑可以被界定或形成在該使用者介面上。

該編碼孔徑可以由該使用者介面來界定，例如，其中該編碼孔徑的複數個不透明區域中之每個不透明區域由該使用者介面的一對應像素或一對應像素組來界定，以及該複數個透明區域中之每個透明區域由該使用者介面的一對應像素或一對應像素組來界定。

該使用者介面可以包括一顯示器。

該使用者介面可以包括一觸控螢幕顯示器。

該電子裝置可以包括一行動電子裝置。

該電子裝置可以包括一行動電話、一手機、一智慧型手機、一平板電腦、一膝上型電腦或諸如電子手錶、電子手環的一可穿戴電子裝置。

該電子裝置可以構造成處理由該影像感測器偵測之影像，從而識別該物體之一個以上的特徵。例如，該物體可以包括人的手指或拇指的至少一部分，並且該電子裝置可以包括一處理資源，該處理資源係構造成處理由該影像感測器偵測之影像，以便從偵測之人的手指或拇指之至少一部分的影像中識別或確定人的手指或拇指與光學系統的鄰近。這對於用於小型顯示器的鄰近「觸控螢幕」可能是特別有利的，其中使用者在「觸控螢幕」附近的高虛擬平面上與「觸控螢幕」互動，以避免或至少減少使用者的手指或拇指遮住顯示器的程度。

該物體可以包括人或人的一部分，並且該電子裝置可以構造成處理由該影像感測器偵測之影像，以便識別或辨識這個人。例如，該物體可以包括人臉的至少一部分，並且該電子裝置可以包括一處理資源，該處理資源係構造成處理由該影像感測器偵測之影像，以便用於臉部識別。該物體可以包括人的指紋或拇指印，並且該處理資源可以構造成處理由該影像感測器偵測之影像，以便根據人的指紋或拇指印的影像來識別或辨識這個人。

該物體可能是靜止的或移動的。

該電子裝置可以構造成處理一移動物體的複數個影像，以便識別該物體之一個以上的預定運動。例如，該移動物體可以包括人的至少一部分，並且該電子裝置可以包括一處理資源，該處理資源係構造成處理由該影像感測器偵測之複數個影像，以便識別或辨識人的至少一部分之一個以上的預定運動，例如手勢。

依據本發明的一個態樣，提供一種用於物體成像的方法，該方法包括： 將具有一初始空間分佈的空間編碼光引導至一物體上，使得該物體反射該空間編碼光的至少一部分，以形成反射光； 將該反射光引導穿過一編碼孔徑，以形成空間解碼光，其中該編碼孔徑界定一遮罩圖案，該遮罩圖案以該空間編碼光的該初始空間分佈為基礎；及 將該空間解碼光引導至一影像感測器上， 其中該空間解碼光在該影像感測器上形成一影像，並且該影像感測器偵測該影像。

該方法可以包括對由一個以上的光發射器發射的光進行空間編碼，以形成該空間編碼光。

該方法可以包括對由單個光發射器發射的光進行空間編碼，以形成該空間編碼光。

該方法可以包括對由複數個光發射器發射的光進行空間編碼，以形成該空間編碼光。

該方法可以包括排列該複數個光發射器，以便形成該空間編碼光。

該方法可以包括在不同時間操作該複數個光發射器中的不同光發射器，以便從不同方向照射該物體及/或在不同時間照射該物體的不同部分，從而在從不同方向觀看時形成該物體的不同影像及/或從而形成該物體不同部分之影像。

應該理解，本發明的任何一個前述態樣之任何一個或多個特徵可以與本發明的任何其它前述態樣的任何一個或多個特徵組合。

最初參考圖1A中，顯示通常以2表示之智慧型手機形式的電子裝置。智慧型手機2包括通常以10表示之光學系統，用於對智慧型手機2的外部場景中之物體12進行成像。例如，光學系統10可以例如構成用於物體12成像之智慧型手機2之後置鏡頭的至少一部分。光學系統10包括用於產生具有初始空間分佈24的空間編碼光22之通常以20表示的空間編碼裝置、編碼孔徑26、用於透射紅外光且用於拒絕或阻擋可見光的濾光片27以及影像感測器28。如圖1B所示，編碼孔徑26界定由複數個不透明區域及複數個透明區域或孔界定之修正均勻冗餘陣列(MURA)二元式遮罩圖案。

空間編碼裝置20包括一個以上的紅外線LED 32之形式的通常以30表示之朗伯照明器，其中一個以上的紅外線LED 32與影像感測器28的光敏感區域整合在一起且分佈在影像感測器28的整個光敏感區域上。此外，在圖1A的特定光學系統10中，空間編碼裝置20進一步包括編碼孔徑26，使得由空間編碼裝置20產生之空間編碼光22的初始空間分佈24至少部分地由編碼孔徑 26的MURA遮罩圖案來確定或支配。因此，由編碼孔徑26界定的MURA遮罩圖案可以被認為是以由空間編碼裝置20產生之空間編碼光22的初始空間圖案24為基礎。如圖1A所示，照明器30及影像感測器28通常設置在照明器/影像感測器平面40上或配置在其周圍，編碼孔徑26通常設置在編碼孔徑平面42上或配置在其周圍，並且物體12通常設置在物體平面44上或配置在其周圍。如圖1A所示，照明器/影像感測器平面40與編碼孔徑平面42分開一段距離d，並且編碼孔徑平面42與物體平面44分開一段距離z。

在使用中，照明器30發射紅外光穿過濾光片27及編碼孔徑26，以形成具有初始空間分佈24的空間編碼光22。光學系統10係構造成在使用中該空間編碼裝置20將空間編碼光22引導至該物體12上，並且物體12反射空間編碼光22的至少一部分，以形成反射光，其中反射光被向後引導穿過編碼孔徑26，以形成空間解碼光，其中空間解碼光被傳輸穿過濾光片27且入射至影像感測器28上。空間解碼光在影像感測器28上形成影像，並且影像感測器28偵測影像。由於下面詳細說明的原因，與使用習知技藝的編碼孔徑成像系統形成之物體的影像相比，在影像感測器28上形成之影像更近似於物體12。因此，與使用習知技藝的編碼孔徑成像系統執行之習知技藝的編碼孔徑成像技術相比，用於成像之光學系統10的使用消除或至少降低物體12的影像重建所需之處理的複雜度。

作為光學系統10的操作原理之簡化說明，照射物體12之空間編碼光22的照射度分佈 可以被認為是由朗伯照明器30產生之輻射出射度分佈 與由編碼孔徑26界定之遮罩圖案的透射函數 之捲積，亦即，照射物體12之空間編碼光22的照射度分佈 可以表示為 ，其中「*」代表捲積運算。如果 係作為橫越物體之橫向位置的函數之物體12的反射率，則被物體12反射的照射度由下式表示： 。在反射的照射度 向後穿過編碼孔徑26之後由空間解碼光在影像感測器28上形成的影像可以被認為是反射的照射度 與遮罩圖案的透射函數 之捲積，亦即，入射至影像感測器28上之空間解碼光由下式表示： 。由編碼孔徑26的MURA遮罩圖案定義之透射函數係構造成使得 ，亦即，MURA遮罩圖案的透射函數之自相關是或至少近似於二維克羅內克德爾塔函數。此外，對於由朗伯照明器30產生之輻射出射度分佈 是或類似於點源的特殊情況， 亦可以藉由二維克羅內克德爾塔函數來近似，亦即， 。因此，當朗伯照明器30是或類似於點源時，入射在影像感測器28上之空間解碼光的空間分佈由 表示，亦即，對於由朗伯照明器30產生之輻射出射度分佈 是或類似於點源的特殊情況，入射在影像感測器28上之空間解碼光形成近似於作為橫越物體12之橫向位置的函數之物體12的反射率之影像。換句話說，入射在影像感測器28上之空間解碼光在影像感測器28上形成物體12的影像，所述影像無關於編碼孔徑26的MURA遮罩圖案。本領域技術人員將理解，上述對光學系統10的操作原理之簡化說明適用於由朗伯照明器30產生之輻射出射度分佈 是或類似於點源且不考慮照明器30的模糊或放大或MURA遮罩圖案的透明區域或孔之特殊情況。下面提供對光學系統10的操作原理之更一般及更詳細的說明。

通常，照射物體12之空間編碼光22的照射度分佈I ₀由下式表示： 方程式1 其中 表示與朗伯照明器30所產生之輻射出射度分佈 從照明器30的平面40穿過由編碼孔徑26界定的遮罩圖案至物體平面44上的投影相關聯之放大照射度分佈， 表示與MURA遮罩圖案之透射函數 的透明區域或孔中之一從編碼孔徑平面42至物體平面44上的投影相關聯之放大函數， 表示與照明器30的平面40中之點源至物體平面44上的投影相關聯之模糊函數，以及「*」表示捲積運算。

具體地，如果 是朗伯照明器30的平面40中之橫向位置，以及由朗伯照明器30產生之作為朗伯照明器30的平面40中之橫向位置的函數之輻射出射度分佈 由 表示，則 由下列來定義： 方程式2 其中 表示與從朗伯照明器30的平面40穿過編碼孔徑平面42中之針孔至物體平面44上之朗伯照明器30所產生之照射度分佈 的放大相關聯之放大因數。具體來說，根據簡單的針孔照相機理論，放大因數 由下式表示： 方程式3

同樣地，如果 是編碼孔徑平面42中之橫向位置，以及由編碼孔徑26界定之MURA遮罩圖案的作為編碼孔徑平面42中之橫向位置的函數之透射率由 表示，則 由下式定義： 方程式4 其中 表示與具有直徑w之MURA遮罩圖案的透明區域或孔中之一從編碼孔徑平面42至物體平面44中之直徑W的投影(如圖1C所示)相關聯之放大因數。具體地，具有直徑w之MURA遮罩圖案的透明區域或孔中之一的投影W由下式表示： 方程式5 其可以重新排列，以根據下式提供所需的放大因數 ： 方程式6

模糊函數 說明照明器30的平面40中之點源至物體平面44中之光點上的投影或模糊。具體地，參考圖1C，在照明器30的平面40中之點源經歷的模糊程度由模糊因數 表示，而模糊因數 由下列關係式定義： 方程式7 其中W表示由於從照明器30的平面40中之點源發射的光穿過具有尺寸w之編碼孔徑26的透明區域或孔之投影而在物體平面44中形成之光點的尺寸。

模糊因數 亦可能包括由下式表示之繞射模糊的貢獻： 方程式8 其中λ係朗伯照明器30的波長。

如果 是物體12之作為物體平面44中之橫向位置的函數之反射率，則由物體12反射之照射度由下式表示： 方程式9

在向後傳輸反射的照射度 穿過編碼孔徑26之後，入射在影像感測器28上之空間解碼光的照射度分佈 因而由下式表示： 方程式10 其中 表示與由物體12反射之反射照射度 向後穿過由編碼孔徑26界定之遮罩圖案至影像感測器平面40上的投影相關聯之放大照射度分佈， 表示與遮罩圖案的透射函數 之透明區域或孔中之一從編碼孔徑平面42至影像感測器平面40上的投影相關聯之放大函數， 表示與物體平面44中的點源至影像感測器平面40上的投影相關聯之模糊函數，以及「*」表示捲積運算。

具體地，如果 是物體平面44中之橫向位置，以及由物體12反射之作為物體平面44中之橫向位置的函數之照射度 由 表示，則 由下式定義： 方程式11 其中 表示與從物體平面44穿過編碼孔徑平面42中之針孔至影像感測器平面40上之反射照射度分佈 的放大相關聯之放大因數。具體地，根據簡單的針孔照相機理論，放大因數 由下列表示： 方程式12

同樣地，如果 是編碼孔徑平面42中之橫向位置，以及由編碼孔徑26界定之遮罩圖案的作為編碼孔徑平面42中之橫向位置的函數之透射率由 表示，則 由下式定義： 方程式13 其中 表示與具有直徑w之遮罩圖案的透明區域或孔中之一從編碼孔徑平面42至影像感測器平面40中之直徑W’的投影相關聯之固定放大因數。具體地，具有直徑w之遮罩圖案的透明區域或孔中之一至影像感測器平面40的投影W’由下式表示： 方程式14 其可以重新排列，以根據下式提供所需的放大因數 ： 方程式15

模糊函數 說明物體平面44中之點源至影像感測器平面40上的投影或模糊。具體地，在物體平面44中之點源經歷的模糊程度係由模糊因數 表示，而模糊因數 由下列關係式定義： 方程式16 其中W’表示由於從物體平面44中之點源發射的光穿過具有尺寸w之編碼孔徑26的透明區域或孔之投影而在影像感測器平面40中形成之光點的尺寸。

模糊因數 亦可能包括由下式表示之繞射模糊的貢獻： 方程式17 其中λ係朗伯照明器30的波長。

入射在影像感測器28上之空間解碼光的照射度分佈 係由下式表示： 方程式18

對於z＞＞d的情況： 方程式19 方程式20 方程式21 方程式22 因此： 方程式23 方程式24 方程式25 方程式26 以及 方程式27

因為由編碼孔徑26的MURA遮罩圖案定義的透射函數 係構造成使得 ，亦即，MURA遮罩圖案之透射函數 的自相關是或至少近似於二維克羅內克德爾塔函數，所以入射在影像感測器28上之空間解碼光的照射度分佈 由下式表示： 方程式28

換句話說，由影像感測器28偵測之空間解碼光形成為物體12的放大反射率 分佈與可預測函數 的乘積之影像，其中可預測函數 與由編碼孔徑26的MURA遮罩圖案定義之透射函數 無關。因此，對於分佈的(亦即，不是點源的)朗伯照明器30之一般情況，物體12的影像 可以根據由朗伯照明器30產生之照射度分佈 及模糊函數 的理解來獲得，但是在不知道編碼孔徑26的MURA遮罩圖案之透射函數 的情況下。實際上，這意味著可以比與習知技藝的編碼孔徑成像技術相關聯之反捲積運算更快速且以更少能量獲得物體12的影像 。

由朗伯照明器30產生之照射度分佈 可以根據朗伯照明器30的設計或構造的理解來估計。此外或替代地，例如，在朗伯照明器30與編碼孔徑26組裝在一起之前及/或在朗伯照明器30安裝至智慧型手機2中之前，可以測量由朗伯照明器30產生之照射度分佈 。

模糊函數 可以使用反覆運算試錯法(iterative trial and error approach)來確定，以便最小化所獲得之物體12的影像 之模糊程度。或者，可以使用模糊因數來計算模糊函數： 方程式29 其中w根據編碼孔徑26的設計或構造係已知的，d根據光學系統10之空間編碼裝置20的設計或構造係已知的，且z可估計。或者，z可以例如使用相移或頻移或飛行時間測量方法(phase-or frequency-shift or time of flight measurement method)來進行測量。

對於由朗伯照明器30產生之輻射出射度分佈 是或類似於點源的特殊情況，輻射出射度分佈 可以被認為是二維克羅內克德爾塔函數，使得入射在影像感測器28上之空間解碼光的照射度分佈 由下式表示： 方程式30

換句話說，對於由朗伯照明器30產生之輻射出射度分佈 是或類似於點源的特殊情況，由影像感測器28偵測之空間解碼光是作為整個物體12的橫向位置之函數的物體12之反射率 與依賴於模糊但與編碼孔徑26的MURA遮罩圖案之透射函數 無關的可預測函數 之乘積。因此，對於點源的朗伯照明器30，物體12的影像 可以在無需知道編碼孔徑26的MURA遮罩圖案之透射函數 的情況下根據模糊函數 的了解而獲得，其中可以使用上述任何方法來確定模糊函數 。

與依賴計算技術以根據從物體接收之空間編碼光重建物體的影像之習知技藝的編碼孔徑成像系統相比，在影像感測器28上形成之影像比使用習知技藝的編碼孔徑成像系統形成之物體的影像更近似於物體12。因此，與使用習知技藝的編碼孔徑成像系統執行之習知技藝的編碼孔徑成像技術相比，光學系統10的使用消除或至少減少物體12的影像重建所需之影像處理的複雜度。於是，相較於習知技藝的編碼孔徑成像系統，這樣的光學系統10消除或至少減少與成像相關的計算負擔，從而相較於習知技藝的編碼孔徑成像系統，減少成像時間/提高響應度及/或降低成像的能量消耗。

智慧型手機2可以構造成處理由影像感測器28偵測之影像，從而識別物體12的一個以上的特徵。例如，智慧型手機2可以包括處理資源(未顯示)，其構造成處理由影像感測器28偵測之影像，從而識別物體12的一個以上的特徵。物體12可以包括人的手指或拇指的至少一部分，並且處理資源可以構造成處理由影像感測器28偵測之影像，以便根據偵測到之人的手指或拇指的至少一部分之影像識別或確定人的手指或拇指與光學系統10的鄰近。這對於用於小型顯示器的鄰近「觸控螢幕」可能是特別有利的，其中使用者在「觸控螢幕」附近的高虛擬平面上與「觸控螢幕」互動，以避免或至少減少使用者的手指或拇指遮住顯示器的程度。

物體12可以包括人或人的一部分，並且智慧型手機2可以構造成處理由影像感測器28偵測之影像，以便根據物體12的影像識別或辨識這個人。例如，物體12可以包括人臉的至少一部分，並且智慧型手機2可以包括處理資源(未顯示)，處理資源係構造成處理由影像感測器28偵測之影像，以便用於臉部識別。物體12可以包括人的指紋或拇指印，並且處理資源可以構造成處理由影像感測器28偵測之影像，以便根據人的指紋或拇指印的影像來識別或辨識這個人。

智慧型手機2可以構造成處理移動物體的複數個影像，以便識別物體之一個以上的預定運動。例如，移動物體可以包括人的至少一部分，並且智慧型手機2可以包括處理資源(未顯示)，處理資源係構造成處理由影像感測器28偵測之複數個影像，以便識別或辨識人的至少一部分之一個以上的預定運動，例如手勢。

參考圖2，顯示通常以102表示之智慧型手機形式的第一替代電子裝置。智慧型手機102包括觸控螢幕150及通常以110表示之第一替代光學系統，其中第一替代光學系統110位於觸控螢幕150後面且構造成用於對在智慧型手機102外部的場景中之物體(未顯示)進行成像。例如，光學系統110可以構成智慧型手機102的前置鏡頭之至少一部分，以便對在觸控螢幕150前面的場景中之物體進行成像。光學系統110包括通常以120表示之空間編碼裝置，用於產生空間編碼光；編碼孔徑126；濾光片127，用於透射紅外光並用於拒絕或阻擋可見光；以及影像感測器128。編碼孔徑126界定由複數個不透明區域及複數個透明區域或孔界定之MURA二元式遮罩圖案。觸控螢幕150對於由空間編碼裝置120產生之空間編碼光是透明的。具體地，空間編碼裝置120包括一個以上的紅外線LED 132之形式的通常以130表示之朗伯照明器，其中一個以上的紅外線LED 132與影像感測器128的光敏感區域整合在一起且分佈在影像感測器128的整個光敏感區域上，以及觸控螢幕150對由LED 132產生的紅外光是透明的。此外，在圖2的特定光學系統110中，空間編碼裝置120進一步包括編碼孔徑126，使得由空間編碼裝置120產生之空間編碼光的初始空間分佈至少部分地由編碼孔徑126的MURA遮罩圖案來確定或支配。因此，由編碼孔徑126界定的MURA遮罩圖案可以被認為是以由空間編碼裝置120產生之空間編碼光的初始空間圖案為基礎。在所有其它方面及在使用中，圖2之智慧型手機102的光學系統110與圖1A之智慧型手機2的光學系統10相同。

智慧型手機102可以構造成處理由影像感測器128偵測之影像，從而識別物體112之一個以上的特徵。例如，智慧型手機102可以包括處理資源(未顯示)，處理資源構造成處理由影像感測器128偵測之影像，從而識別物體112之一個以上的特徵。物體112可以包括人的手指或拇指的至少一部分，並且處理資源可以構造成處理由影像感測器128偵測之影像，以便根據偵測到之人的手指或拇指的至少一部分之影像識別或確定人的手指或拇指與光學系統110的鄰近。這對於用於小型顯示器的鄰近「觸控螢幕」可能是特別有利的，其中使用者在「觸控螢幕」附近的高虛擬平面上與「觸控螢幕」互動，以避免或至少減少使用者的手指或拇指遮住顯示器的程度。

物體112可以包括人或人的一部分，並且智慧型手機102可以構造成處理由影像感測器128偵測之影像，以便根據物體112的影像識別或辨識這個人。例如，物體112可以包括人臉的至少一部分，並且智慧型手機102可以包括處理資源(未顯示)，處理資源係構造成處理由影像感測器128偵測之影像，以便用於臉部識別。物體112可以包括人的指紋或拇指印，並且處理資源可以構造成處理人的指紋或拇指印的影像，以便根據人的指紋或拇指印的影像來識別或辨識這個人。

智慧型手機102可以構造成處理移動物體的複數個影像，以便識別物體之一個以上的預定運動。例如，移動物體可以包括人的至少一部分，並且智慧型手機102可以包括處理資源(未顯示)，處理資源係構造成處理由影像感測器128偵測之複數個影像，以便識別或辨識人的至少一部分之一個以上的預定運動，例如手勢。

參考圖3，顯示通常以202表示之智慧型手機的形式之第二替代電子裝置。智慧型手機202包括通常以210表示之第二替代光學系統，用於對在智慧型手機202外部的場景中之物體(未顯示)進行成像。例如，光學系統210可以構成智慧型手機202的後置鏡頭之至少一部分，以便對物體進行成像。光學系統210包括：通常以220表示之空間編碼裝置，用於產生空間編碼光；編碼孔徑226a；濾光片227，用於透射紅外光並用於拒絕或阻擋可見光；以及影像感測器228。編碼孔徑226a界定由複數個不透明區域及複數個透明區域或孔界定之MURA二元式遮罩圖案。

空間編碼裝置220包括一個以上的紅外線LED 232之形式的通常以230表示之朗伯照明器。然而，與圖1A的光學系統10之空間編碼裝置20不同，圖3的光學系統210之空間編碼裝置220的朗伯照明器230與影像感測器228分離，但位於同一平面中。空間編碼裝置220包括另一個編碼孔徑226b，其界定與編碼孔徑226a相同的MURA二元式遮罩圖案，使得由空間編碼裝置220產生之空間編碼光的初始空間分佈至少部分地由另一個編碼孔徑226b的MURA遮罩圖案來確定或支配。因為由另一個編碼孔徑226b界定之MURA遮罩圖案與由編碼孔徑226a界定之MURA遮罩圖案相同，所以由編碼孔徑226a界定之MURA遮罩圖案可以被認為是以由包括另一個編碼孔徑226b的空間編碼裝置220產生之空間編碼光的初始空間圖案為基礎。在所有其它方面及在使用中，圖3之智慧型手機202的光學系統210與圖1A之智慧型手機2的光學系統10相同。

在圖3之智慧型手機202的光學系統210之變形中，編碼孔徑226a及另一個編碼孔徑226b可以不是同平面的，但是其中編碼孔徑226a位於影像感測器228的前面，而另一個編碼孔徑226b位於照明器230之一個以上的光發射器232的前面，使得反射光入射在編碼孔徑226a的遮罩圖案之一個區域上，並且由照明器230之一個以上的光發射器232發射之光入射在另一個編碼孔226b之相同遮罩圖案的一對應區域上。

現在參考圖4A，顯示通常以302表示之智慧型手機的形式之第三替代電子裝置。智慧型手機302包括：通常以310表示之光學系統，用於對在智慧型手機302外部的場景中之物體312進行成像。例如，光學系統310可以構成智慧型手機302的後置鏡頭之至少一部分，以便對物體312進行成像。光學系統310包括：通常以320表示之空間編碼裝置，用於產生具有初始空間分佈324的空間編碼光322；編碼孔徑326；濾光片327，用於透射紅外光並用於拒絕或阻擋可見光；以及影像感測器328。

與圖1A及1B之光學系統10的編碼孔徑26相同，編碼孔徑326界定MURA二元式遮罩圖案。然而，與圖1A及1B的光學系統10之編碼孔徑26不同，在圖4A的光學系統310中，空間編碼裝置320包括複數個紅外線LED 332的形式之通常以330表示的朗伯照明器，其中複數個紅外線LED 332界定編碼孔徑326的MURA遮罩圖案。具體地，複數個紅外線LED 332以MURA遮罩圖案分佈在整個透明基板上，使得LED 332界定MURA遮罩圖案的不透明或阻擋區域，並且LED 332之間的間隙限定MURA遮罩圖案的透明區域。空間編碼裝置320進一步包括複數個透鏡元件360，其中每個透鏡元件與對應的LED 332對準，以便準直由LED 332發射的光。因此，在圖4A的光學系統310中，由空間編碼裝置320產生之空間編碼光322的初始空間分佈324至少部分由LED 332界定的MURA遮罩圖案來確定或支配。如圖4A所示，影像感測器328通常設置在影像感測器平面340上或配置在其周圍，LED 332通常設置在編碼孔徑平面342上或配置在其周圍，以及物體312通常設置在物體平面344上或配置在其周圍。如圖4A所示，影像感測器平面340與編碼孔徑平面342分開一段距離d，並且編碼孔徑平面342與物體平面344分開一段距離z。

在使用中，LED 332發射具有為MURA遮罩圖案的反圖案之空間分佈的紅外光，以形成具有初始空間分佈324的空間編碼光322。光學系統310係構造成在使用中空間編碼裝置320將空間編碼光322引導至物體312上，並且物體312反射空間編碼光322的至少一部分，以形成反射光，其中反射光向後被引導穿過由LED 332之間的間隙所界定之MURA遮罩圖案的透明區域，以形成空間解碼光，其中空間解碼光透射穿過濾光片327且入射在影像感測器328上。空間解碼光在影像感測器328上形成影像，並且影像感測器328偵測此影像。由於以下詳細說明的原因，與使用習知技藝的編碼孔徑成像系統形成之物體的影像相比，在影像感測器328上形成的影像更近似於物體312。因此，與使用習知技藝的編碼孔徑成像系統執行之習知技藝的編碼孔徑成像技術相比，用於成像之光學系統310的使用可以消除或至少減少物體312的影像重建所需之處理的複雜度。

通常，照射物體312之空間編碼光322的照射度分佈 由下式表示： 方程式31 其中假設朗伯照明器330的每個LED 332產生相同的輻射出射度 ， 表示由LED 332界定之編碼孔徑326的MURA遮罩圖案之透射函數，並且 是用於說明光從照明器330的平面342中之點源至物體平面344中之光點的發散之放大函數。具體地，參考圖4B，在一段距離z之後，光從照明器330的平面342中之點源發散成尺寸V的光點，此尺寸V由下式表示： 方程式32

如果 是作為物體平面344中之橫向位置的函數之物體312的反射率，則由物體312反射之照射度由下式表示： 方程式33

在反射照射度 透射穿過編碼孔徑326之後入射在影像感測器328上之空間解碼光的照射度分佈 由下式表示： 方程式34 其中 表示與由物體312反射之反射照射度 穿過由編碼孔徑326界定之遮罩圖案至影像感測器平面340上的投影相關聯之放大照射度分佈， 表示與遮罩圖案的透明區域或孔中之一從編碼孔徑平面342至影像感測器平面340上的投影相關聯之放大函數， 表示與物體平面344中之點源至影像感測器平面340上的投影相關聯之模糊函數，以及「*」表示捲積運算。

具體地，如果 是物體平面344中之橫向位置，並且由物體312反射之作為物體平面344中之橫向位置的函數之照射度 由 表示，則 由下式定義： 方程式35 其中 表示與從物體平面344穿過編碼孔徑平面342中之針孔至影像感測器平面340上之反射照射度分佈 的放大相關聯之放大因數。具體地，根據簡單的針孔照相機理論，放大因數 由下列表示： 方程式36

同樣地，如果 是編碼孔徑平面342中之橫向位置，並且由編碼孔徑326界定之作為編碼孔徑平面342中之橫向位置的函數之遮罩圖案由 表示，則 由下列定義： 方程式37 其中 表示與具有直徑w之遮罩圖案 的透明區域或孔中之一從編碼孔徑平面342至影像感測器平面340中之直徑W’的投影相關聯之固定放大因數。具體地，具有直徑w之遮罩圖案 的透明區域或孔中之一至影像感測器平面340的投影W’由下式表示： 方程式38 其可以重新排列，以根據下式提供所需的放大因數 ： 方程式39

模糊函數 說明物體平面344中之點源至影像感測器平面340上的投影或模糊。具體地，在物體平面344中之點源經歷的模糊程度由模糊因數 表示，而模糊因數 由下列關係式定義： 方程式40 其中W’表示由於從物體平面344中之點源發射的光穿過具有尺寸w之編碼孔徑326的透明區域或孔之投影而在影像感測器平面340中形成之光點的尺寸。

入射在影像感測器328上之空間解碼光的照射度分佈 由下式表示： 方程式41

假設物體312的影像被投影至影像感測器328上，則根據以圖4B所示之幾何結構為基礎的針孔照相機理論，將物體平面344中之尺寸為V的光點成像到影像感測器平面340中之尺寸為U的光點，其中： 方程式42 以及 方程式43 因此： 方程式44 對於z＞＞d的情況： 方程式45 方程式46 方程式47 以及 方程式48

因為由編碼孔徑326界定之MURA遮罩圖案的透射函數 係構造成使得 ，亦即，MURA遮罩圖案之透射函數 的自相關是或至少近似於二維克羅內克德爾塔函數，所以入射在影像感測器328上之空間解碼光的照射度分佈 由下式表示： 方程式49 其中 係圖4C所示之稜錐體函數。

換句話說，由影像感測器328偵測之空間解碼光形成為物體312的放大反射率 分佈與可預測函數 的乘積之影像，其中可預測函數 無關於與LED 332相關聯的輻射出射度分佈及編碼孔徑326的MURA遮罩圖案之透射函數。因此，物體312的影像 可以從函數 的知識來獲得，但不知道與LED 332相關聯的輻射出射度分佈並且不知道編碼孔徑326的MURA遮罩圖案之透射函數 。實際上，這意味著可以比與習知技藝的編碼孔徑成像技術相關聯之反捲積運算更快速且以更少能量獲得物體312的影像 。

與依賴計算技術以根據從物體接收之空間編碼光重建物體的影像之習知技藝的編碼孔徑成像系統相比，在影像感測器328上形成之影像比使用習知技藝的編碼孔徑成像系統形成之物體的影像更近似於物體312。因此，與使用習知技藝的編碼孔徑成像系統執行之習知技藝的編碼孔徑成像技術相比，光學系統310的使用消除或至少減少物體312的影像重建所需之影像處理的複雜度。於是，相對於習知技藝的編碼孔徑成像系統，這樣的光學系統310消除或至少減少與成像相關的計算負擔，從而相對於習知技藝的編碼孔徑成像系統，減少成像時間/提高響應度及/或降低成像的能量消耗。

雖然已經按照上述方式描述本發明的較佳實施例，但是應該理解這些實施例僅是說明性的並且權利請求項不限於那些實施例。熟悉該項技藝者將理解，在不脫離所附權利請求項的範圍之情況下，可以對所描述的實施例進行各種修改。例如，熟悉該項技藝者將理解，如果使用非朗伯照明器來代替圖1A之智慧型機2的光學系統10中之朗伯照明器30，則非朗伯照明器的輻射出射度分佈 不必與編碼孔徑26之遮罩圖案的透射函數 進行捲積，並且入射在影像感測器28上之空間解碼光的照射度分佈 將由下式來表示： 方程式50

因為由編碼孔徑26界定之MURA遮罩圖案的透射函數 係構造成使得 ，亦即，MURA遮罩圖案之透射函數 的自相關是或至少近似於二維克羅內克德爾塔函數，所以入射在影像感測器28上之空間解碼光的照射度分佈 由下式表示： 方程式51

對於由非朗伯照明器產生之輻射出射度分佈 是或類似於點源的特殊情況，輻射出射度分佈 可以被認為是二維克羅內克德爾塔函數，使得入射在影像感測器28上之空間解碼光的照射度分佈 由下式表示： 方程式52

換句話說，入射在影像感測器28上之空間解碼光形成影像，此影像是作為整個物體12之橫向位置的函數之物體12的反射率 之模糊放大變型，但是其無關於編碼孔徑26的MURA遮罩圖案之透射函數 。因此，對於點源朗伯照明器，物體12的影像 可以根據模糊函數 的理解來獲得，而無需知道編碼孔徑26的MURA遮罩圖案之透射函數 。模糊函數 可以使用任何上述方法來確定。

雖然由編碼孔26、126、226界定之遮罩圖案是MURA遮罩圖案，但是其它遮罩圖案亦是可能的，只要遮罩圖案係構造成使得遮罩圖案的透射函數之自相關是或類似於克羅內克德爾塔函數δ，其中克羅內克德爾塔函數δ包括一個中心峰或瓣，但不包括次峰或旁瓣，或者包括一個中心峰或瓣及一個以上的次峰或旁瓣，其中一個以上的次峰或旁瓣的振幅小於中心峰或瓣的振幅之1/10、小於中心峰或瓣的振幅之1/100或小於中心峰或瓣的振幅之1/1000。

遮罩圖案可以是均勻冗餘陣列(URA)遮罩圖案。

編碼孔徑可以包括相位遮罩。

編碼孔徑係繞射的

編碼孔徑26可以是可重新構造的。例如，編碼孔徑26、126、226可以由用於此目的之複數個可重新構造元件形成或包括複數個可重新構造元件，其中每個元件可在來自朗伯照明器30、130、230的光可以穿過此元件的透明狀態與來自朗伯照明器30、130、230的光被阻擋或吸收的阻擋或吸收狀態之間重新構造。例如，編碼孔徑26、126、226可以由LCD陣列形成或包括LCD陣列。

濾光片27、127、227可以包括染料型聚合物材料或由染料型聚合物材料形成。濾光片27、127、227可以包括銻摻雜氧化錫或由銻摻雜氧化錫形成。

影像感測器28、128、228、328可以構造成偵測紅外光。

影像感測器28、128、228、328可以構造成對從物體反射的環境可見光的靈敏度較低，而對從物體反射的紅外光的靈敏度較高。

空間編碼光22、322可以利用預定義時域調變來進行時域調變，以致於空間解碼光亦利用預定義時域調變來進行時域調變，並且其中影像感測器28、328可以構造成辨別時域調變空間解碼光與未經時域調變的光及/或利用不同於預定義時域調變的時域調變進行時域調變的光。

可以使用其它類型的光發射器，而不是使用一個以上的紅外線LED 32、132、232、332作為照明器。

每個光發射器可以利用預定義時域調變來進行調變，以致於空間解碼光亦可以利用預定義時域調變來進行時域調變。

空間編碼裝置20、120、220、320可以包括複數個光發射器，並且複數個光發射器中之不同光發射器可以在不同時間操作，以便從不同方向照射物體及/或在不同時間照射物體的不同部位，從而在從不同方向觀看時形成物體的不同影像及/或從而形成物體的不同部位之影像。

光學系統10、110、210、310可以併入任何種類的電子裝置中。

光學系統10、110、210、310可以併入行動電子裝置中。

光學系統10、110、210、310可以併入行動電話、手機、智慧型手機、平板電腦、膝上型電腦或諸如電子手錶、電子手環的可穿戴電子裝置中。

本說明書中揭露或說明的每個特徵可以單獨或與本文揭露或說明的任何其它特徵以任何適當組合方式併入任何實施例中。具體地，所屬技術領域之具通常知識者將理解，以上參考附圖描述之本發明的實施例之一個以上的特徵在與本發明的實施例之一個以上的其它特徵分開使用時可以產生效果或提供優點，並且除了上述本發明的實施例之特徵的特定組合之外，特徵的不同組合係可能的。

本領域技術人員將理解，在前面的描述及所附權利請求項中，諸如「在...上方」、「沿著」、「側」等位置術語是參考諸如附圖中所示的概念性圖示來作出的。使用這些術語是為了便於參考，但不具有限制性質。因此，這些術語應被理解為提及處於附圖所示方位的物體。

當使用在有關於本發明的一個實施例之一個特徵時，術語「包括」不排除其它特徵或步驟。當使用在有關於本發明的一個實施例之一個特徵時，術語「一(個)」不排除此實施例可以包括複數個這樣的特徵之可能性。

權利請求項中之元件符號的使用不應被解釋為對權利請求項之範圍限制。

2:智慧型手機、電子裝置 10:光學系統 12:物體 20:空間編碼裝置 22:空間編碼光 24:初始空間分佈 26:編碼孔徑 27:濾光片 28:影像感測器 30:照明器 32:LED、光發射器 40:影像感測器平面 42:編碼孔徑平面 44:物體平面 102:智慧型手機、電子裝置 110:光學系統 120:空間編碼裝置 126:編碼孔徑 127:濾光片 128:影像感測器 130:照明器 132:LED 150:觸控螢幕、使用者介面 202:智慧型手機、電子裝置 210:光學系統 220:空間編碼裝置 226a:編碼孔徑 226b:另一個編碼孔徑 227:濾光片 228:影像感測器 230:照明器 232:LED 302:智慧型手機、電子裝置 310:光學系統 312:物體 320:空間編碼裝置 322:空間編碼光 324:初始空間分佈 326:編碼孔徑 327:濾光片 328:影像感測器 330:照明器 332:LED、光發射器 340:影像感測器平面 342:編碼孔徑平面 344:物體平面 360:透鏡元件

現在將僅參考附圖以非限制性實例的方式來描述光學系統及方法，其中： 圖1A示意性地說明包括用於物體成像的光學系統之電子裝置； 圖1B顯示由圖1A的電子裝置之光學系統的編碼孔徑界定之修正均勻冗餘陣列(MURA)二元式遮罩圖案； 圖1C示意性地說明穿過圖1A的電子裝置之光學系統的編碼孔徑的孔之圖1A的電子裝置之光學系統的照明器之點光源的投影； 圖2示意性地說明包括用於物體成像的第一替代光學系統之第一替代電子裝置； 圖3示意性地說明包括用於物體成像的第二替代光學系統之第二替代電子裝置； 圖4A示意性地說明包括用於物體成像的第三替代光學系統之第三替代電子裝置； 圖4B示意性地說明圖4A的第三替代電子裝置之光學系統的照明器之點光源的投影；以及 圖4C顯示稜錐體函數。

2:智慧型手機、電子裝置 10:光學系統 12:物體 20:空間編碼裝置 22:空間編碼光 24:初始空間分佈 26:編碼孔徑 27:濾光片 28:影像感測器 30:照明器 32:LED、光發射器 40:影像感測器平面 42:編碼孔徑平面 44:物體平面

Claims (16)

1. 一種用於物體成像的光學系統，該光學系統包括： 一空間編碼裝置，用於產生具有一初始空間分佈的空間編碼光； 一編碼孔徑，其界定一遮罩圖案，該遮罩圖案以該空間編碼光的該初始空間分佈為基礎；以及 一影像感測器， 其中該光學系統係構造成在使用中該空間編碼裝置將該空間編碼光引導至該物體上，使得該物體反射該空間編碼光的至少一部分，以形成反射光，該反射光被引導穿過該編碼孔徑，以形成空間解碼光，該空間解碼光被引導至該影像感測器上，以便在其上形成一影像，以及該影像感測器偵測該影像，以及 其中該空間編碼裝置包括複數個光發射器，其中該複數個光發射器在空間上進行排列，以便界定該空間編碼光的初始空間分佈，以及其中由該編碼孔徑界定的該遮罩圖案係由該複數個光發射器的空間排列所界定之該空間編碼光的初始空間分佈之反圖案。
2. 如請求項1所述之光學系統，其中由該影像感測器偵測之該影像包括下列中之至少之一者： 該物體的一影像； 該物體的一清晰或聚焦影像； 該物體的一模糊影像； 該物體的一縮放影像；或 該物體的一縮放影像與無關於由該編碼孔徑界定之該遮罩圖案的一函數之乘積。
3. 如請求項1或2所述之光學系統，其中該遮罩圖案包括一二元式遮罩圖案及/或其中該編碼孔徑包括一起界定該遮罩圖案之複數個不透明區域及複數個透明區域或孔徑。
4. 如請求項1或2所述之光學系統，其中該編碼孔徑係繞射的及/或其中該編碼孔徑包括一相位遮罩。
5. 如請求項1或2所述之光學系統，其中該遮罩圖案係構造成該遮罩圖案的自相關等於或類似於一克羅內克德爾塔函數(Kronecker delta function)δ，該克羅內克德爾塔函數δ包括一中心峰或瓣，但不包括次峰或旁瓣，或者該克羅內克德爾塔函數δ包括一中心峰或瓣及一個以上的次峰或旁瓣，該一個以上的次峰或旁瓣的振幅小於該中心峰或瓣的振幅之1/10、小於該中心峰或瓣的振幅之1/100或小於該中心峰或瓣的振幅之1/1000。
6. 如請求項1或2所述之光學系統，其中該遮罩圖案係一均勻冗餘陣列(URA)遮罩圖案或一修正均勻冗餘陣列(MURA)遮罩圖案。
7. 如請求項1或2所述之光學系統，其中該編碼孔徑由一LCD陣列形成或包括該LCD陣列。
8. 如請求項1或2所述之光學系統，其中 該光學系統係構造成拒絕或阻擋從該物體反射的環境光； 該光學系統包括位於該影像感測器前面的一濾光片，用於拒絕或阻擋從該物體反射的環境光； 該影像感測器係構造成偵測紅外光； 該影像感測器係構造成對可見光的靈敏度較低，而對紅外光的靈敏度較高；或 該空間編碼光及該空間解碼光皆包括紅外光或由紅外光形成，該影像感測器係構造成偵測紅外光，以及該光學系統包括位於該影像感測器前面的一濾光片，用於拒絕或阻擋可見光並用於使紅外光透射。
9. 如請求項1或2所述之光學系統，其中 該複數個光發射器之每一者包括一朗伯光發射器或一非朗伯光發射器； 該複數個光發射器之每一者包括一LED；或 該複數個光發射器之每一者係構造成發射紅外光。
10. 如請求項1或2所述之光學系統，其中該複數個光發射器中之每一者可獨立於該複數個光發射器中之一個以上的其它光發射器而操作。
11. 如請求項1或2所述之光學系統，其中該複數個光發射器及該影像感測器係共面的。
12. 如請求項1或2所述之光學系統，其中該複數個光發射器中之每一者吸收或阻擋該反射光，使得該複數個光發射器中之每一者界定該編碼孔徑的一對應不透明或阻擋區域，並且可選地，其中該複數個光發射器中之每一者安裝或形成在對由該複數個光發射器發射的光呈透明之一基板上。
13. 如請求項1或2所述之光學系統，其中該空間編碼裝置包括複數個透鏡元件，其中該複數個透鏡元件之每一者在一對應光發射器的前面對齊，以便至少部分地聚焦或準直由該對應光發射器發射的光。
14. 一種電子裝置，其包括如請求項1至13中任一項所述之光學系統，例如，其中該電子裝置包括諸如行動電話、手機、智慧型手機、平板電腦、膝上型電腦的一行動電子裝置或諸如電子手錶或電子手環的一可穿戴電子裝置，以及可選地，其中該電子裝置包括諸如顯示器或觸控螢幕的一使用者介面，其中該複數個光發射器及該影像感測器位於該使用者介面後面，而該物體位於該使用者介面前面。
15. 一種用於物體成像的光學系統，該光學系統包括： 一空間編碼裝置，用於產生具有一初始空間分佈的空間編碼光； 一編碼孔徑，其界定一遮罩圖案，該遮罩圖案以該空間編碼光的該初始空間分佈為基礎；以及 一影像感測器， 其中該光學系統係構造成在使用中該空間編碼裝置將該空間編碼光引導至該物體上，使得該物體反射該空間編碼光的至少一部分，以形成反射光，該反射光被引導穿過該編碼孔徑，以形成空間解碼光，該空間解碼光被引導至該影像感測器上，以便在其上形成一影像，以及該影像感測器偵測該影像， 其中該空間編碼裝置包括該編碼孔徑，以及其中該光學系統係構造成在使用中一個以上的光發射器發射穿過該編碼孔徑的光，以形成該空間編碼光，以致於該空間編碼光的該初始空間分佈由該編碼孔徑的該遮罩圖案來界定。
16. 一種用於物體成像的方法，該方法包括： 將具有一初始空間分佈的空間編碼光引導至一物體上，使得該物體反射該空間編碼光的至少一部分，以形成反射光； 將該反射光引導穿過一編碼孔徑，以形成空間解碼光，其中該編碼孔徑界定一遮罩圖案，該遮罩圖案以該空間編碼光的該初始空間分佈為基礎；以及 將該空間解碼光引導至一影像感測器上，其中該空間解碼光在該影像感測器上形成一影像，並且該影像感測器偵測該影像，以及 其中該空間編碼光的初始空間分佈由複數個光發射器的空間排列來界定，並且其中由該編碼孔徑界定的該遮罩圖案係由該複數個光發射器的空間排列所界定之該空間編碼光的初始空間分佈之反圖案。